光力学系统的交叉克尔效应及非互易放大研究
发布时间:2021-11-23 16:37
光力学系统(Optomechanical system,简称OMS)是描述光场强度与力学运动相互作用的一种典型模型,它由一个固定光学镜子和一个可移动光学镜子组成,并通过辐射压力将移动镜子的力学运动与腔内的光场耦合,因此,光力学系统是研究光学和力学自由度耦合的理想平台。该系统在量子力学、量子光学、及量子信息等领域中有着潜在的应用价值,例如光力学系统中的光力学诱导透明、光力学诱导放大、量子纠缠和量子压缩特性等。宇称-时间对称(Parity-time symmetry,简称PT对称)指的是量子系统在时间反演和空间宇称变化下,其演化结果不变。这将有助于我们将量子力学的研究范围从厄米形式推广到非厄米形式。非互易放大光学传输是近年来颇受关注的热点研究领域,利用光学干涉效应,可增强一条路径的光信号传输强度,同时抑制反向路径的信号传输强度,从而实现信号的定向传输或放大。本论文主要研究PT对称光力学系统中的交叉克尔效应,以及三模光力学系统中的光学非互易放大特性。其主要研究内容如下:1、在考虑了交叉克尔效应的PT对称光力学系统中,我们分别对比了有无交叉克尔介质、以及交叉克尔效应在一般情况和在PT对称情况下...
【文章来源】:四川师范大学四川省
【文章页数】:44 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
法布里-珀罗光力学腔模型[4]
光力学系统的交叉克尔效应及非互易放大研究3图1.2光力诱导透明产生机制模型[19]。在光力诱导透明现象中,光力学系统需要同时满足两个条件,一是泵浦频率处于红失谐;二是在系统一侧打入一束与光学腔的频率相近的弱探测光且探测光会和相近频率的反斯托克斯光产生Fano干涉,若进一步调整泵浦光强度和探测光与腔模的失谐,那么,在共振处探测光会发生光力诱导透明现象。光力诱导透明是研究量子存储器和中继站的重要工具。由于力学振子具有弛豫速率小,寿命长等优点,因此,光力诱导透明在量子信息处理领域一直是一个研究热点。光力诱导透明效应不仅促进了量子光学的发展,同时也在快慢光、光存储和光开关等量子信息处理方面有着广泛的应用。1.3光力诱导放大现象一个强度较弱的探测场和一个强度较强的控制场作用到光学腔上且满足泵浦频率处于蓝失谐时,我们会得到光力诱导放大(Optomechanciallyinducdamplification,简称OMIA)现象,并且随着处于力学蓝边带的驱动光逐渐加强,光力诱导放大窗口也会变得更深。能否将光力诱导放大与光学传输的非互易性相结合来实现非互易性光学放大呢?本论文的另一个研究工作就是介绍通过光力学系统实现非互易性光学放大。众所周知,光在一般介质中具有双向传输的互易性,然而在光子集成电路中,对光的单向控制是经典和量子信息处理中最基本的要求之一。因此,光学隔离器、循环器和单向放大器等非互易性器件有着极其重要的作用,这些器件可以允许信
四川师范大学硕士学位论文6本文将一个增益腔耦合到具有交叉克尔相互作用的光力学腔,并研究了PT对称下交叉克尔效应的影响。通过研究一般情况下和PT对称情况下的隧穿耦合和交叉克尔效应对系统的光学性质的影响,我们发现了一些与一般情况下不同的光学特性。我们研究发现,在一般情况下,出现了一种不对称的光力诱导透明(OMIT)光谱,该光谱由位于共振点附近的宽吸收峰和主要由克尔相互作用决定频率位置的较细吸收线组成。采用解析结果,准确地证明了是交叉克尔耦合引起的这种不对称性。与一般情况相反,在PT对称和在弱隧穿耦合情况下,OMIT的共振峰增强。而在强耦合区域,隧穿耦合增强,宽吸收峰和OMIT光谱中的吸收线连续地改变直至放大,以及由于隧穿诱导的正规模分裂使中间放大窗口将分裂成两部分。2.2模型及动力学方程本章所采用的光力学系统模型如图2.1所示,左侧为含有交叉克尔效应的损耗光力学腔,右侧为一个增益的光学腔,两腔间通过光子隧穿直接耦合。在损耗腔中,腔场和力学振子通过辐射压形成光力学耦合。与此同时,在损耗腔中还有由约瑟夫森效应诱导的腔场和力学振子运动间的交叉克尔效应。在本章里,iiaa代表了频率为i2,1ci的光学腔场的湮灭(产生)算符,bb代表了频率为m的力学振子的湮灭(产生)算符。在损耗光学腔中,左边固定的光学镜子被振幅为LLLP12的强耦合场驱动。并且,我们采用一个振幅为pppP12探测光作用到损耗腔左侧光学镜上,来探测该系统光学性质。前面振幅表达式中的L和P分别为耦合光场和探测光场的频率,LP和pP分别为耦合光场和探测光场的功率。图2.1双腔光力学系统原理图。
【参考文献】:
期刊论文
[1]Dynamics and entanglement of a membrane-in-the-middle optomechanical system in the extremely-large-amplitude regime[J]. Ming Gao,FuChuan Lei,ChunGuang Du,GuiLu Long. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2016(01)
本文编号:3514273
【文章来源】:四川师范大学四川省
【文章页数】:44 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
法布里-珀罗光力学腔模型[4]
光力学系统的交叉克尔效应及非互易放大研究3图1.2光力诱导透明产生机制模型[19]。在光力诱导透明现象中,光力学系统需要同时满足两个条件,一是泵浦频率处于红失谐;二是在系统一侧打入一束与光学腔的频率相近的弱探测光且探测光会和相近频率的反斯托克斯光产生Fano干涉,若进一步调整泵浦光强度和探测光与腔模的失谐,那么,在共振处探测光会发生光力诱导透明现象。光力诱导透明是研究量子存储器和中继站的重要工具。由于力学振子具有弛豫速率小,寿命长等优点,因此,光力诱导透明在量子信息处理领域一直是一个研究热点。光力诱导透明效应不仅促进了量子光学的发展,同时也在快慢光、光存储和光开关等量子信息处理方面有着广泛的应用。1.3光力诱导放大现象一个强度较弱的探测场和一个强度较强的控制场作用到光学腔上且满足泵浦频率处于蓝失谐时,我们会得到光力诱导放大(Optomechanciallyinducdamplification,简称OMIA)现象,并且随着处于力学蓝边带的驱动光逐渐加强,光力诱导放大窗口也会变得更深。能否将光力诱导放大与光学传输的非互易性相结合来实现非互易性光学放大呢?本论文的另一个研究工作就是介绍通过光力学系统实现非互易性光学放大。众所周知,光在一般介质中具有双向传输的互易性,然而在光子集成电路中,对光的单向控制是经典和量子信息处理中最基本的要求之一。因此,光学隔离器、循环器和单向放大器等非互易性器件有着极其重要的作用,这些器件可以允许信
四川师范大学硕士学位论文6本文将一个增益腔耦合到具有交叉克尔相互作用的光力学腔,并研究了PT对称下交叉克尔效应的影响。通过研究一般情况下和PT对称情况下的隧穿耦合和交叉克尔效应对系统的光学性质的影响,我们发现了一些与一般情况下不同的光学特性。我们研究发现,在一般情况下,出现了一种不对称的光力诱导透明(OMIT)光谱,该光谱由位于共振点附近的宽吸收峰和主要由克尔相互作用决定频率位置的较细吸收线组成。采用解析结果,准确地证明了是交叉克尔耦合引起的这种不对称性。与一般情况相反,在PT对称和在弱隧穿耦合情况下,OMIT的共振峰增强。而在强耦合区域,隧穿耦合增强,宽吸收峰和OMIT光谱中的吸收线连续地改变直至放大,以及由于隧穿诱导的正规模分裂使中间放大窗口将分裂成两部分。2.2模型及动力学方程本章所采用的光力学系统模型如图2.1所示,左侧为含有交叉克尔效应的损耗光力学腔,右侧为一个增益的光学腔,两腔间通过光子隧穿直接耦合。在损耗腔中,腔场和力学振子通过辐射压形成光力学耦合。与此同时,在损耗腔中还有由约瑟夫森效应诱导的腔场和力学振子运动间的交叉克尔效应。在本章里,iiaa代表了频率为i2,1ci的光学腔场的湮灭(产生)算符,bb代表了频率为m的力学振子的湮灭(产生)算符。在损耗光学腔中,左边固定的光学镜子被振幅为LLLP12的强耦合场驱动。并且,我们采用一个振幅为pppP12探测光作用到损耗腔左侧光学镜上,来探测该系统光学性质。前面振幅表达式中的L和P分别为耦合光场和探测光场的频率,LP和pP分别为耦合光场和探测光场的功率。图2.1双腔光力学系统原理图。
【参考文献】:
期刊论文
[1]Dynamics and entanglement of a membrane-in-the-middle optomechanical system in the extremely-large-amplitude regime[J]. Ming Gao,FuChuan Lei,ChunGuang Du,GuiLu Long. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2016(01)
本文编号:3514273
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